氣象與城市生命線系統

城市生命線系統發生事故有人為原因，也有自然原因。在自然原因中，地震是對城市生命線破壞最嚴重的原生災害。1995年日本地震後，多處起火經久不滅就與燃氣管道的泄漏及電纜的破裂漏電有關。但地震在大多數城市發生的機率很低，對城市生命線影響更經常的是氣象災害。氣象災害對不同類型生命線系統的影響和可能引發的次生、衍生災害都有所不同。

基本介紹

• 中文名：氣象與城市生命線系統
• 外文名：Meteorological and urban lifeline system
• 事故原因：有人為事故也有自然原因
• 氣象因素：可能引發次生、衍生災害
• 影響1：供電系統
• 影響2：供水系統

城市生命線系統

城市生命線系統指維繫城市物質、能量和信息流通的各類交通與市政公用設施，主要包括交通、通訊、供電、供水、供氣、供熱、排水等子系統，對於保障城市各種活動的正常進行和各項功能的發揮都至關重要。城市生命線系統由各種建築物、構築物和管線網路等組成，完善的生命線系統是一個城市現代化水平與安全度的重要標誌。廣義的生命線系統包括城市的交通運輸系統，狹義的城市生命線系統主要指各類地上和地下管線系統。

由於城市是一個複雜的人工生態系統，不具備自然生態系統的自我維持與自我修復功能，城市系統的運轉和功能發揮完全要依賴於龐大的生命線系統從外界輸人物質、能量和信息，同時城市的物質和精神產品及廢棄物也要依靠生命線系統向外輸出。城市生命線系統中的能源系統和給水系統類似血液循環系統和呼吸系統的吸氣功能，不斷給人體輸送能量。通訊系統類似人的中樞神經系統，廢棄物排放系統類似泌尿系統和排泄系統及呼吸系統中的呼氣功能。

城市生命線系統結構類型

城市生命線工程包括多種結構類型，有地下、地上或半地下的，有的還跨越較大地域範圍生命線工程往往以整體系統的形式發揮其功能。生命線系統都是由若干環節組成，其中任何一個環節的破壞都可能會影響到整個系統的功能。城市生命線系統除經常成為自然災害和人為災害的承災體外，自身攜帶的物質、能量和信息的不正常泄漏或溢出也會帶來一些次生或衍生災害。如自來水輸水乾管的爆裂會給所在地點造成人為水災，電纜漏電可釀成火災或電擊，燃氣管道泄漏引燃使整條街道爆炸掀開的事故在我國已不止發生一次。我國許多城市在迅速擴建的過程中，新老地下管線混雜，不少已年久失修，僅北京市的各類地下管線的總長度已超過一萬千米。歷史上，動亂時期鋪設的地下管網往往檔案不全，底數不清，在舊城改造施工中經常發生野蠻施工挖斷管線的事故。

城市生命線系統事故與氣象條件的關係

城市生命線系統發生事故有人為原因，也有自然原因。在自然原因中，地震是對城市生命線破壞最嚴重的原生災害。1995年日本地震後，多處起火經久不滅就與燃氣管道的泄漏及電纜的破裂漏電有關。但地震在大多數城市發生的機率很低，對城市生命線影響更經常的是氣象災害。氣象災害對不同類型生命線系統的影響和可能引發的次生、衍生災害都有所不同。

供電系統

城市的電源以國家區域電網為主，通常形成環路並與周邊城市聯網，有些重要單位自備發電系統供緊急情況下啟用。2006年北京電力公司發生的18次一般事故中，由於惡劣天氣原因造成的事故有7次，占近40%。氣象災害引發供電系統事故有以下幾種情況

(1)污閃掉閘

空氣中污染物質多且沾落在瓷瓶上，再遇濃霧，使絕緣性能大幅度下降。1990年2月16-17日大霧和空氣污染導致區域電網大面積污閃，數十條高壓輸電線路和高壓線路先後掉閘斷電，8個樞紐變電站發生故障，為保證居民用電和取暖，不得不對200個工業大戶拉閘停電和對郊區限電，造成嚴重的經濟損失。

(2)電線觸地

冬季發生凍雨時，電線積冰下垂接地造成漏電事故。在德國還發生過高壓線塔的迎風面由於積冰過多失去平衡而轟然倒塌的事故。夏季高溫電線熱脹也有可能發生下垂觸地。因此，在設計輸電線路時，應該考慮當地的冬季和夏季溫差，保持必要的塔高與間距，並經常檢查線路狀況。

(3)雷電

變電站和輸電高壓線等帶電物體在雷雨中易被雷擊，應注意安裝避雷裝置。

(4)暴雨、暴雪和大風

1983年6月5日北京市一場7級大風颳倒許多電桿，全市有17條1萬伏高壓線停電，300處380伏和220伏低壓線出現故障。暴雨洪澇的衝擊也常使電桿倒折。由暴雨引發的山洪、滑坡和土石流對電桿和線路的危害更大。1999年11月24日瀋陽暴雪，發生新中國成立以來最大規模的最嚴重的停電。由於電線積冰後被大風颳，與鄰線相碰，6.6萬伏高壓線多處發生短路，連續18年未發生事故的渾河變電所24萬伏主變壓器爆炸，造成全市20%地區停電。共有29條高壓線跳閘150餘次。市電業局緊急通知各大煤礦立即停止並下作業。

(5)凍雨

冰凍對輸電線路的危害極大，2008年1月中旬華中一帶連降暴雪持續低溫並夾帶凍雨，三峽至上海的高壓輸電線路的1146號一1153號4座線塔因大量覆冰而倒塌。據電網管理人員介紹，該線塔是按江南地區常年氣候設計抵禦覆冰厚度為10 nun，而這次雪災中線塔最厚覆冰達50～60 mm。當班冰厚50 mm時達導線拉力就會達到設計時的4.85倍。據國家電網不完全統計，僅1月27日17時到28日17時的一天內，湖南省就倒塔35基，到28日220 kv多片解網，湘西已與主網解列，全省分裂成3個孤立電網運行。其中郴州市城區連續十餘天斷電，長沙也一度斷電，蠟燭賣到20元一根。由於高壓輸電線路要長期使用，一旦出現故障將嚴重影響整個區域的生產與人民生活，在工程設計中必須考慮到幾十年一遇重大災害發生的可能性，不能只按常年情況計算荷載和進行工程設計。

(6)高溫

炎熱天氣市民空調製冷用電量激增，常使電網超負荷，極易釀成事故。2003年的江南和2006年重慶地區的持續酷熱都曾使用電量接近極限。北京市2002年7月11-16日出現高溫悶熱天氣，其中14日最高氣溫達41.1℃，12日中午用電量達806萬kw,突破歷史高峰，比上年的峰值增加14.3%。

(6)洪澇與地下電纜事故

現代城市輸電線網大多已由地上改建為地下電纜，但仍需要注意防止雨澇的影響。一種情況是電纜包裹不嚴實，雨水滲透到地下管道造成漏電。另一種情況是久旱之後突降大雨，容易發生地面局部塌陷，損壞地下管線、

供水系統

城市的供水系統由水源、水處理系統、輸水管道等組成，主體是自來水系統，某些工業用水和城市綠地灌溉也使用非灌溉水源或排放污水處理後的中水。

(1)乾旱

持續乾旱會導致城市的水源不足，無法保證充分供應。我國的700多個城市中的大多數已出現水資源緊缺，尤其是北方和沿海城市。北京的密雲水庫在20世紀60年代每年平均來水20多億立方米，除供應北京市外，還向河北與天津提供灌溉用水。到20世紀90年代，年均來水下降到8.6億立方米，但從1999年以後只有年均1億多立方米。由於長期超采地下水，海河流域城市出現地面下沉現象，萊州灣沿岸城市又遇海水人侵，地下水鹹化，甚至失去飲用價值。乾旱缺水還使城市河湖等水體不能及時更新而加劇富營養化。

(2)洪澇

雖然洪澇時從水量上看並不缺，但洪水經常把閘門旁和支流的污水及污染物質夾帶衝到下游，導致下游水源被嚴重污染，嚴重威脅飲水安全。

(3)高溫

夏季高溫天氣居民生活用水和工業冷卻用水量激增，由於供水不足，樓房的高層經常出現水壓不足，有時不得不實行分區分時供水。在高溫天氣下城市水體易出現水華，甚至爆發藍藻。2007年6月下旬的高溫天氣中，北京的城市河湖就多處發生水華。7月上中旬太湖的藍藻爆發也與異常高溫的出現有關。

(4)嚴寒凍裂水管和水錶

冬季發生強寒潮，突然大幅度降溫時經常造成自來水管道凍裂。在2008年1月中旬的持續暴雪低溫天氣中，武漢市有卜多萬居民因水管凍裂飽受停水之苦，宜昌市也有4000多戶水錶或水管凍壞，湖北、安徽、河南、重慶的11個城市供水管道破裂導致短時間停水。凍雨倒塔導致停電也是停水的一個重要原因，2008年1月下旬到2月上旬貴州、湖南、江西的10個城市大面積長時間停水。

(5)久旱逄雨地面塌陷損壞水管

長期乾旱，地下水位明顯下降之後突降大雨容易發生地面塌陷，有時會導致埋藏在地下的自來水管破裂。

供氣與供熱系統

為改善能源結構和減少城市大氣污染物數量，近年來，我國加速了天然氣西氣東輸工程和從中亞向我國輸氣工程的建設，部分城市還使用液化石油氣和煤氣。北京市將大量燃煤鍋爐改用天然氣後，大氣環境質量有了明顯改善。北京市的天然氣主要來自陝北長慶氣田，小部分來自華北油田和大港儲氣庫。我國規定日平均氣溫5℃以下進人集中供暖季節。北方城市一般採取集中供熱，以水暖為主，有些單位採取氣暖方式。住平房的往往採取分戶燒煤爐或用土暖氣取暖。目前北方城市集中供暖的鍋爐大多已改燒天然氣或液化石油氣。

氣象條件對供氣系統的影響有以下幾種情況

(1)突發洪水

1996年華北油田發生較大汛情，許多油並被淹，只能向北京低壓供應，有些燃氣爐灶因氣壓低，打不著火或火力微弱。

(2)雷暴引發火災

1989年青島的黃島油庫儲油罐被雷擊起火，造成了巨大傷亡與經濟損失。北京市供氣系統迄今雖未發生雷擊起火，但隱患也是存在的。

(3)寒潮

2004年12月中旬末，強寒潮襲擊華北，氣溫驟然下降，以後一直到2005年3月中旬氣溫都低於常年，出現了自1986年以來的唯一偏冷冬季，全市供熱用氣量從12月20日寒潮前的每日1700萬立方米猛升到12月22日的2000萬立方米，月底更達到2441萬立方米，創歷史最高。與此同時，上游卻發生故障供氣不足。為確保市民安全過冬，被迫減少向工業用戶供氣和停開部分燃氣鍋爐，使部分工業蒙受了相當大的經濟損失。同時還停開了使用天然氣的公共汽車和計程車，對公交運輸造成了很大影響。供氣最緊張時，由嚴管網氣壓不足，部分管線已低於紅色報警的氣壓標準，處於危險狀態。如繼續降壓，一旦降到低於正常大氣壓的負壓狀態，管外空氣就會滲入，形成天然氣與氧氣的混合氣，極易引燃爆炸。2008年1、2月間的持續低溫冰雪災害中貴州、湖南兩省因管道結冰液化氣供應曾中斷數日。2003年冬，莫斯科出現十幾年未有的寒潮降溫，城市供熱系統已年久失修不能正常取暖，到1月8日已有239人被凍死，普金總統下令要求迅速修復各地的暖氣系統。低溫對天然氣管道的保溫也有很大影響。如北京市常年的最大凍土深度是50 cm左右，平原地區歷史上最冷冬的最大凍土深度曾接近1 m，因此，天然氣管道的埋藏深度確定為85 cm。從陝北向北京輸送時，沿途經過的寒冷地區還要對管道每隔一段距離進行如加熱處理。

通訊與信息系統

城市通訊包括電話、網際網路、廣播和電視等方式，採用無線方式的，主要設施是電台、電視台、雷達和衛星信息的發射與接收裝置；採用有線方式的，主要設施是電纜、光纜、電腦聯網等。氣象條件對通訊系統的影響危害最大的是雷電，國際電工委員會把雷電災害稱為“電子時代的一大公害”。如1991年9月香港某電視台受雷擊影響，兩個頻道一度停播。1992年5月1日的雷擊使湖南廣播電視大學的200門程控電話、6台計算機和多台彩色電視機被擊毀。1994年5月23日的一次雷雨使天安門附近的四個重要部門的程控電話機、尋呼機發射台、彩色電視機等電子設備擊壞。

此外，暴雨導致的地面塌陷、太陽活動異常、洪水滲漏到地下管線等也都有可能造成重大的通訊事故。

低溫和冰雨對通信系統的危害極大，2008年截止到2月4日，貴州、湖南、江西、安徽、湖北、廣西、四川、浙江等十幾個省份受災，移動通信累計有6.5萬個基站因停電而中斷通信固定通信累計因冰雪倒桿斷桿10萬根，通信線路損毀約2.3萬千米，累計影響用戶3953萬戶。以後還繼續發生倒桿斷桿15萬根和通信線路損毀1.6萬千米。